Tajomné plavecké návyky starovekého Ammonita

Tajomné plavecké návyky starovekého Ammonita

„Hadie kamene“ alebo prastarý morský tvor? Kredit: nepriehľadnosť/ flickr / CC BY-NC-ND 2.0

Na pobrežiach anglického vidieku možno nájsť okrúhle, vrúbkované kamene vsadené do skál a útesov. Podľa legenda , zreteľný, stočený tvar sa pripisuje kresťanskej svätici Hilde z Whitby, približne v rokoch 614-680, o ktorej sa hovorilo, že sťala a skamenela roje hadov na „hadie kamene“.



Ale tieto víriace kamene nie sú plazy. Sú to fosílne schránky hlavonožca, ktorý dominoval oceánu počas veku dinosaurov asi 300 miliónov rokov.

„Ak by ste v čase dinosaurov išli z móla odhodiť vlasec a pokúsili sa niečo chytiť v oceáne, pravdepodobne by ste prišli na nejaký druh amonitov,“ hovorí. Kathleen Ritterbush , paleontológ a odborný asistent na univerzite v Utahu. 'V hlavonožcoch sa naozaj dlho riešili.'

Stočená škrupina tejto dnes už vyhynutej skupiny hlavonožcov, amonoidov - často hovorovo označovaných jednou z podskupín, amonitmi - je jednou z najznámejších a najbežnejších fosílií, ktoré sa dnes nachádzajú na celom svete. Odkedy prišli na scénu v devónskom období asi pred 400 miliónmi rokov, mäsožravé amonoidy ovládli zemský superoceán Panthalassa z bezpečia svojich pokrútených schránok. Počas dlhých období histórie Zeme boli takí úspešní, že boli považovaní za „kozmopolitnú“ skupinu – rýchlo sa vyvíjajúcu, rôznorodú a rozšírenú. A zatiaľ čo ich fosílie môžu pripomínať komorové nautily, ktoré sa dnes hojdajú okolo oceánu, ich najbližšími príbuznými sú chobotnice a chobotnice, vysvetľuje Ritterbush.

(vľavo) 3D sken jedného z mnohých typov amonitových škrupín. Toto je baňatý okrúhly tvar amonitovej škrupiny, ktorý výskumníci označujú ako „guľôčkový“. (Vpravo) 3D model moderného komorového nautila vytvoreného laserovým skenerom. Kredit: University of Utah AmmLab

Po vládnutí morí 300 miliónov rokov tieto vplyvné hlavonožce zmizli a nezanechali za sebou nič iné ako ich charakteristické fosílie.

„Amonoidy boli jednoducho všade a vieme [málo] o tom, čo robili,“ hovorí Ritterbush. 'Nevieme, ako dlho žili, či boli múdri alebo hlúpi, ani ako rýchlo vedeli plávať.'

Ritterbush stojí vedľa veľkého skameneného amonitu v Prírodovednom múzeu v Los Angeles. Poďakovanie: Lars Schmitz

Ritterbush sa snaží vniesť trochu svetla do ich tajomného životného štýlu. Ritterbush a postgraduálny študent a výskumný asistent Nicholas Hebdon vo svojom laboratóriu na univerzite v Utahu vytvárajú 3D skeny rôznych tvarov lastúr a simulujú, ako sa hlavonožec pohyboval vo vode. Obrovská rozmanitosť a zmeny v morfológii naprieč fosílnym záznamom umožňujú výskumníkom vrátiť sa v čase, čo poskytuje informácie o dramatických posunoch v raných morských ekosystémoch Zeme.

'Amonoidy z neskorého triasu sú malé a rozbité a ich škrupiny sú trochu voľné,' hovorí Ritterbush. 'Potom sa v najstaršej jure stalo niečo naozaj zvláštne a amonoidy prekvitali.'

Približne za milión rokov od kataklizmatických zmien životného prostredia Koniec triasu masového vymierania , viac ako sto známych nových druhov sa objavilo okolo svetového oceánu. Väčšina nových druhov amonoidov zdieľala podobný tvar škrupiny, ale pohybovala sa od veľkosti štvrtiny až po veľkosť pneumatiky automobilu, hovorí Ritterbush. Prenášať tieto hadovité mušle cez vodu vyzerá, že by to bolo ťažkopádne, špekuluje Ritterbush. Hovorí o týchto veľkých, nemotorných jurských amonoidoch ako o „úspešných lenivcoch“.

'Nikto netuší, čo robili, pretože by to mal byť jeden z najnechutnejších tvarov, ktorý prežije,' hovorí Ritterbush. Ale 'určite sa im darilo v čomkoľvek, čo robili, pretože sa stali veľkými.'

Tri tvary amonitovej škrupiny Štúdia Ritterbusha a Hebdona, (zľava doprava) sférokón, serpentikón a oxykón. Kredit: University of Utah AmmLab

Aj keď je ťažké v laboratóriu študovať ammonoidnú škrupinu veľkosti pneumatiky, Ritterbush a Hebdon zistili virtuálnym spôsobom otestovať fyzickú daň za obrovské škrupiny. V súčasnosti sa zameriavajú na tri tvary mušlí, ktoré boli spoločné pre amonoidy: oxykóny, ploché, frisbee mušle; sférokóny, cibuľovité okrúhle škrupiny; a serpentikóny, stočené mušle podobné kobrám. Na základe množstva fosílií v zbierkach múzeí tím modeluje 3D vykresľovanie vzoriek pomocou laserového skenera.

Tri rôzne 3D výtlačky fosílnych schránok. Vytlačené v Los Angeles County Museum. Kredit: University of Utah AmmLab

Ritterbush a Hebdon môžu buď 3D vytlačiť škrupiny, aby mohli vykonávať fyzické experimenty s prietokom vody vo veľkej obdĺžnikovej nádrži z plexiskla, alebo umiestniť 3D modely do softvérových programov, ktoré simulujú prúdenie vody.

'Sú na mojom stole, sú vo vrecku, sú vo všetkých mojich taškách,' hovorí. 'Je to okamžitý spôsob, ako niekomu poskytnúť podstatu toho, o čom hovorím.'

Napriek tomu, že vytlačené škrupiny preberajú Ritterbushovo laboratórium, počítačové simulácie jej a Hebdonovi poskytujú väčšiu kontrolu nad prostredím.

„Momentálne sa sústreďujeme hlavne na virtuálne, pretože nám to môže získať všetky rovnaké údaje a ešte viac bez niektorých problémov, ako je získanie dokonalého fyzického nastavenia, zohľadnenie vecí, ako je veľkosť komory v pomere k veľkosti objektu. , ktorá kontroluje rýchlosť vody,“ hovorí Hebdon. Experimenty so žľabovými nádržami sú však stále užitočné, pretože „potrebujete mať nejaké pozadie skutočného sveta, s ktorým môžete porovnávať, aby ste vedeli, či to robíte správne“.

Prierez vody zhora nadol okolo amonitovej škrupiny. Polia sú zafarbené na základe rýchlosti vody, pričom studené polia sú pomalé a teplé polia rýchlejšie. Táto animácia bola zrýchlená. Kredit: University of Utah AmmLab

To je dôvod, prečo tím tiež spúšťa amonoidné simulácie proti modelom komorových nautilusov na porovnanie s údajmi v reálnom svete, vysvetľuje Hebdon. Simulácie mapujú, kde sa prúdy vody pohybujú okolo škrupiny, odhaľujú čiary prúdenia, rýchlosť vody a odpor, alebo kde trenie z vody najviac ťahá škrupinu.

„Vaša rýchlosť a tvar škrupiny výrazne ovplyvňujú váš odpor,“ vysvetľuje Hebdon. 'Čím rýchlejšie sa snažíš ísť, tým väčšia sila sa ťa snaží zastaviť.'

Ritterbush zistil, že každý z troch tvarov škrupiny má kompromisy medzi veľkosťou, tvarom a rýchlosťou. Napríklad pri nižších rýchlostiach majú oxykón v tvare frisbee a stočený serpentokón podobný odpor. Aj keď majú oba úzke profily, ktoré pomáhajú pri znižovaní odporu, oxycone je hladší a zakrýva niektoré cievky. Na druhej strane serpentikon má cievky, ktoré sú hrboľaté ako puklice, hovorí Ritterbush. Táto puklica dodáva ďalšie turbulencie, keď sa stvorenie rúti cez oceán, hovorí. Medzitým je tvar guľôčkového kužeľa ideálny pre super pomalé pohyby, hovorí.

Serpentikonová škrupina amonitu podľa vytvorený Univerzitou v Utahu AmmLab na Sketchfab . Pozrite si sférický kužeľ a oxycone 3D modely na Sketchfab. Všetky sú zadarmo a sú k dispozícii na stiahnutie, s láskavým dovolením University of Utah AmmLab.

'Sú to akési dve témy,' hovorí. 'Ktorý tvar je najefektívnejší závisí od rýchlosti, ktorou chcete ísť, alebo od veľkosti, ktorú máte.'

Ďalej Hebdon a Ritterbush sledujú postupné zväčšovanie šírky a množstva zvinutia každého typu 3D modelovaného plášťa, aby zistili, ako ovplyvňujú ťah cez vodu. Potom môžu zobrať údaje a porovnať ich s najbežnejšími tvarmi amonoidných škrupín nájdených v rôznych bodoch fosílneho záznamu, pričom odhadnú, ako dobre alebo zle plávali, keď ekosystémy prosperovali alebo boli v konfliktoch. Napríklad počas hromadného vymierania na konci triasu chémia a zmeny teploty v oceáne vyvíjajú tlak na amonoidy, čo spôsobuje, že „minú trochu energie navyše na izoláciu iónov, z ktorých si staviate svoju škrupinu,“ hovorí Ritterbush.

Ak tvar škrupín produkovaných amonoidmi súvisí s ich metabolickými rýchlosťami, plaveckým potenciálom a pozíciou v potravinovej sieti, mohlo by to vykresliť časovú os morských ekosystémov dávno v minulosti.

  • Dráhy toku okolo amonitovej škrupiny. Tmavšie fialové majú pomalú rýchlosť a svetlejšie modré sú rýchlejšie. Kredit: University of Utah AmmLab

  • Tím môže pomocou svojich modelov získať 360 stupňový prietok vody. Kredit: University of Utah AmmLab

  • Tento obrázok ukazuje rôznu intenzitu sily ako polia mapované cez hadovitý plášť. Sily sú vyššie smerom k prednému okraju plášťa napravo, sú označené svetlejšou modrou. Tím by chcel ďalej skúmať, prečo sú v stočenej časti plášťa najvyššie sily bližšie k nábežnej hrane a nie k odtokovej hrane. Kredit: University of Utah AmmLab

  • To ukazuje rýchlosť vody skôr ako polia ako farebné čiary prúdenia. Kredit: University of Utah AmmLab

'Na základe [predchádzajúcich] analýz, ktoré som urobil pre ranú juru, si myslím, že boli pomalé - mali nízku rýchlosť metabolizmu, ' hovorí Ritterbush. 'To by mohlo znamenať, že v ranom jurskom oceáne bola pomalšia cyklizácia uhlíka v porovnaní so skorým triasom, kde boli malé a rýchle a mali vysoký metabolizmus.' Možno napomáhali cyklovaniu celkovo rýchlejšieho obratu uhlíka na začiatku triasu.'

A rýchle cyklovanie uhlíka v systéme môže podporiť väčšie zvieratá a prepojiť ďalšie ekosystémy tak, že sú zošité, vysvetľuje Ritterbush.

Tvar škrupín a rýchlosť nielen naznačujú, kedy dochádza k hromadnému vymieraniu, ale aj to, čo organizmy uprednostnili, aby prežili v prostredí.

'Naprieč hranicou vyhynutia na konci triasu dochádza k tejto zmene v tom, že všetky druhy mušlí sú väčšinou v hadovitom štýle - stočený had - a tento tvar je zaujímavý, pretože nie je najviac prispôsobivý na prechod cez vodu, ' hovorí Hebdon. 'Takže ak nejde o rýchlosť, o čo ide?'

(vľavo) Tím dostane 3D skenovanie škrupiny. (vpravo) Nicholas Hebdon vykonáva experiment s fyzickým plášťom v žľabe. Poďakovanie: Kathleen Ritterbush/University of Utah AmmLab

Namiesto rýchlosti mohla škrupina slúžiť na rôzne účely, ako je ochrana alebo vztlakové zariadenie, hovorí Ritterbush. Ammonoidy, ktoré sú podobné chobotnici, sa mohli spojiťprúdový pohonso vztlakom ich škrupín, čo spôsobuje, že sa lietajú viac ako teplovzdušný balón, než lietajú ako lietadlo, vysvetľuje. Ale na základe simulácií v laboratóriu má Ritterbush podozrenie na opak.

„Vyzerajú, že len číhajú, ale čokoľvek číhajú, funguje pre nich, pretože sú veľkí. A nemôžeš byť veľký, ak číhanie nefunguje.'

Počas svojej existencie zažívali amonoidy obdobia rozmachu a poklesu. Druhy prenikli cez masové vymieranie a zakaždým sa vrátili s miernymi zmenami v pancieroch. „Sú absolútne ‚kanárikmi v uhoľnej bani‘,“ hovorí Ritterbush. 'Niekoľkokrát boli takmer vyhladení z planéty.'

Armáda 3D tlačených amonitových mušlí. Kredit: University of Utah AmmLab

Ammonoidy stretol svoj konečný osud na konci kriedy, keď boli vyhladení spolu s dinosaurami, ale ich dedičstvo žije ďalej prostredníctvom ich podivne skrútených ulít. Rozprávajú príbehy nielen o minulosti Zeme, ale aj o tom, čo by mohlo byť pripravené pre budúce morské ekosystémy.

„Kalmáre a chobotnice sú teraz v oceánoch čoraz častejšie a stávajú sa väčšou a väčšou súčasťou každodenného života v oceáne,“ hovorí Hebdon. Štúdium amonitov „nám dáva najbližší analóg, aký máme, k oceánu plnému chobotníc, chobotníc a hlavonožcov. Vidieť staré oceány plné hlavonožcov nás môže začať informovať o tom, ako bude vyzerať dynamika oceánskej ekológie v modernom svete.

Aj keď naše oceány možno ešte nie sú na úrovni populácie hlavonožcov v druhohorách, „sťahujeme sa svet hlavonožcov “ hovorí Ritterbush. Tieto bezstavovce budú hrať väčšiu úlohu v biogeochemickom cykle oceánu, ako aj v našej vlastnej ekonomike, hovorí. Pochopenie nepredvídateľných cyklov hlavonožcov bude ešte dôležitejšie.

„Vhodne máme tento 300 miliónov rokov trvajúci súbor terénnych poznámok z experimentu, ktorý pre nás uskutočnila Zem,“ hovorí Ritterbush. 'Ak si dokážeme prečítať tieto terénne poznámky, môžeme začať premýšľať o niektorých lekciách prvého poriadku a o hlavonožcoch uvažovať inak.'


Pripojte sa k moru podpory Science Friday

S každým darom 8 USD (za každý deň týždňa hlavonožcov) môžete sponzorovať iného ilustrovaného hlavonožca. Odznak hlavonožca spolu s vaším krstným menom a mestom bude našou súčasťou More podporovateľov !

Darovať